МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ


RU (11) 2081496 (13) C1

(51) 6 H02K21/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - может прекратить свое действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4871827/63 
(22) Дата подачи заявки: 1990.08.14 
(45) Опубликовано: 1997.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1541720, кл. H 02 K 21/14, 1988. 
(71) Заявитель(и): Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе 
(72) Автор(ы): Стадник И.П.; Горская И.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе 

(54) МНОГОПОЛЮСНЫЙ РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 

Изобретение относится к производству электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов. Цель - повышение эффективности использования магнитотвердого материала. Предлагаемый монолитный ротор выполнен в виде полого цилиндра из магнитотвердого материала с внешним радиусом R2, намагниченность J которого в каждой точке определяется выражением:



где p - число пар полюсов (p2); J - модуль вектора намагниченности; - орты полярной системы координат; - угловая координата точки ротора, при этом радиус R1 внутреннего центрального отверстия определяется соотношением:



где b = -0,0055; c = 0,993; d = 3,261. 1 табл. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к производству электрических машин с постоянными магнитами и может быть использовано при изготовлении многополюсных роторов электрических машин (МКИ: НО2К 21/08).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому ротору является ротор, выполненный в виде монолитного полога цилиндра с внутренним и внешним радиусом R1 и R2 соответственно, намагниченностью материала которого в каждой точке определяется выражением: где p число пар полюсов, J модуль вектора намагниченности, орты полярной системы координат, a угловая координата точки ротора. Ротор имеет синусоидальное распределение индукции магнитного поля.

Этот ротор, выбранный за прототип, создавая синусоидальное распределение магнитного поля, имеет недостаток, который заключается в том, что изменение размеров ротора приводит к уменьшению магнитного потока, а кроме того, ведет к неэффективному использованию магнитотвердого материала.

Цель изобретения повышение эффективности использования магнитотвердого материала.

Для достижения указанной цели многополюсный ротор выполнен в виде монолитного полого цилиндра из магнитотвердого материала с внешним радиусом R2, намагниченность которого в каждой точке определяется выражением где p число пар полюсов (p2); J модуль вектора намагниченности; орты полярной системы координат; a угловая координата точки ротора. Радиус R1 внутреннего центрального отверстия определяется соотношением: где b -0,0055; c 0,993; d- 3,261.

Выполнение ротора с центральным отверстием, размер которого определяется соотношением (1), позволяет получать определенную величину магнитного потока с минимально возможными затратами магнитотвердого материала.

За счет экономии магнитотвердого материала с сохранением магнитного потока повышается эффективность использования этого материала в конструкции ротора, т.к. возрастает значение магнитного потока, приходящегося на единицу массы магнита.

Устройство изображено на фиг. 1 и выполнено в виде полого монолитного кругового цилиндра 1 с внутренним и внешним радиусами соответственно R1 и R2. На фиг. 2 для различного числа полюсов представлены графики зависимостей отношения Ф/Ф0, где Ф поток, созданный ротором с центральным отверстием, Ф0 поток такого же ротора, но без центрального отверстия, в зависимости от радиуса отверстия R1. R1 выражен в единицах R2. Соотношение между радиусами R1 и R2 определяется формулой (1). Изобретение ориентации вектора намагниченности представлено на примере четырехполюсного ротора.

Монолитный ротор изготавливается и работает следующим образом. Ориентация осей легкого намагничивания частиц порошкового материала, например редкоземельного сплава КС37, т.е. текстурование и прессование, осуществляется в магнитном поле с напряженностью 400-500 А/м; далее порошок подвергается спеканию и термообработке. Намагничивание магнита осуществляется в магнитном поле с напряженностью более 2000 кА/м. Текстурование порошка и намагничивание магнита с синусоидальным распределением поля может быть произведено в устройстве, обеспечивающем требуемую топографию магнитного поля. После намагничивания ротора перемещается в статор электрической машины.

Графики на фиг. 2 получены с помощью численных расчетов на ЭВМ. Как видно из этих зависимостей, увеличение размера центрального отверстия сначала не приводит к существенному уменьшению магнитного потока ротора. Используя графические зависимости (фиг. 2), можно указать для различного числа полюсов значения радиуса R1, соответствующие толщине магнитоактивного слоя, при которой поток ротора составляет 95% от потока такого же ротора, но без центрального отверстия. Эти значения R1 приведены в таблице. Увеличение R1 по сравнению с данными табл. приведет к дополнительным потерям потока, превосходящим 5% что отрицательно скажется на характеристиках электрической машины. Уменьшение же размера центрального отверстия также нецелесообразно, т. к. вклад в поток дополнительной внутренней части объема магнита составляет менее 5% и ведет к неоправданным затратам дорогостоящего магнитотвердого материала. Таким образом, размеры R1, приведенные в табл. наиболее приемлемы с точки зрения эффективного использования магнитотвердого материала. Значение радиуса R1, приведенные в табл. можно аппроксимировать формулой (1). Величины, полученные по аппроксимирующей формуле, также приведены в табл. Как видно из данных таблицы, аппроксимирующая формула позволяет получать значение R1 с высокой степенью точности.

Таким образом, за счет наличия центрального отверстия определенных размеров предлагаемый многополюсный ротор обладает следующими преимуществами по сравнению с аналогичными устройствами.

Сохраняется величина магнитного потока. Выполнение отверстия с меньшим радиусом R1 ведет к неоправданным затратам магнитотвердого материала, т.к. элементы объема магнита, находящиеся на расстоянии rR1 от центра ротора, где R1 определяется соотношением (1), дают вклад в магнитный поток ротора, не превосходящий 5% общего магнитного потока, что не оказывает практически никакого влияния на характеристики электрической машины. Выполнение отверстия с большим радиусом R1, чем определено формулой (1), ведет к существенным потерям магнитного потока более чем на 5% и с увеличением центрального отверстия эти потери магнитного потока резко увеличиваются, что ведет к ухудшению характеристик электрических машин, например, к уменьшению вращательного момента.

Повышается эффективность использования МТМ в конструкции ротора, т.к. повышается величина магнитного потока, приходящегося на единицу массы МТМ. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Многополюсный ротор электрической машины, выполненный в виде монолитного полого цилиндра, намагниченность которого в каждой точке определяется выражением



где р число пар полюсов;

I модуль вектора намагниченности;

орты полярной системы координат;

a, r угловая и радиальная координаты точки ротора,

отличающийся тем, что радиус R1 центрального отверстия ротора удовлетворяет соотношению



где R2 внешний радиус ротора;

р 2 число пар полюсов;

b 0,0055;

с 0,993;

d 3,261.